Мощность морского тока - Marine current power

Морские течения могут переносить большие объемы воды, в основном за счет приливов, которые являются следствием гравитационных эффектов движения планет Земли, Луны и Солнца. Увеличение скорости потока может быть обнаружено там, где подводная топография в проливах между островами и материком или на мелководье вокруг мысов играет важную роль в увеличении скорости потока, что приводит к заметной кинетической энергии. [1] Солнце действует как основная движущая сила, вызывая ветры и перепады температур. Поскольку есть только небольшие колебания скорости течения и местоположения потока с минимальными изменениями направления, океанские течения могут быть подходящими местами для развертывания устройств для извлечения энергии, таких как турбины.[2] Другие эффекты, такие как региональные различия в температуре и солености и Эффект Кориолиса из-за вращения Земли также большое влияние. В кинетическая энергия морских течений можно преобразовать почти так же, как ветряная турбина извлекает энергию из ветра, используя различные типы роторов с открытым потоком.[3]

Энергетический потенциал

Векторная диаграмма течения вдоль восточного побережья.

Общая мировая мощность океанских течений оценивается примерно в 5000 ГВт при удельной мощности до 15 кВт / м2. Относительно постоянная плотность извлекаемой энергии у поверхности течения Флоридского пролива составляет около 1 кВт / м2 площади потока. Было подсчитано, что улавливание только 1/1000 доступной энергии из Гольфстрим, который имеет в 21 000 раз больше энергии, чем Ниагарский водопад, в потоке воды, который в 50 раз превышает общий поток всех пресноводных рек мира, обеспечит Флориду 35% ее потребностей в электроэнергии. Изображение справа иллюстрирует высокую плотность потока вдоль побережья, обратите внимание на высокоскоростной белый северный поток, идеально подходящий для извлечения энергии океанских течений. Страны, которые заинтересованы в применении технологий океанической энергии, включают Европейский Союз, Японию и Китай.[4]

Потенциал производства электроэнергии за счет морских приливных течений огромен. Есть несколько факторов, которые делают производство электроэнергии с помощью морских течений очень привлекательным по сравнению с другими возобновляемыми источниками энергии:

  • Высокие коэффициенты нагрузки, обусловленные свойствами жидкости. Предсказуемость ресурса, так что, в отличие от большинства других возобновляемых источников энергии, будущая доступность энергии может быть известна и запланирована.[3]
  • Потенциально большой ресурс, который можно эксплуатировать с незначительным воздействием на окружающую среду, тем самым предлагая один из наименее разрушительных методов крупномасштабного производства электроэнергии.[5]
  • Возможность морских силовых установок обеспечивать также базовое электроснабжение сети, особенно если две или более отдельных группы со смещенными периодами пикового расхода соединены между собой.

Технологии судовой энергетики

Иллюстрация ветроэнергетической турбины с осевым потоком, используемой для производства электроэнергии на море

Существует несколько типов устройств с открытым потоком, которые можно использовать в морских системах, работающих с током; многие из них являются современными потомками водяного колеса или ему подобных. Тем не менее, более технически сложные конструкции, основанные на роторах ветряных электростанций, с наибольшей вероятностью достигнут достаточной рентабельности и надежности, чтобы их можно было использовать в широкомасштабном сценарии будущего развития морской энергетики. Несмотря на то, что общепринятого термина для этих гидротурбин с открытым потоком нет, в некоторых источниках они называются водяными турбинами. Можно рассмотреть два основных типа турбин с водяным потоком: осевые винты с горизонтальной осью (как с регулируемым, так и с фиксированным шагом) и роторы Дарье с поперечным потоком. Оба типа ротора можно комбинировать с любым из трех основных методов поддержки водотоковых турбин: плавающими заякоренными системами, системами, установленными на морском дне, и промежуточными системами. Монопольные конструкции, монтируемые на морском дне, представляют собой морские современные энергетические системы первого поколения. У них есть преимущество использования существующих (и надежных) инженерных ноу-хау, но они ограничены относительно мелководьем (глубина около 20-40 м).[3]

История и применение

Возможное использование морских течений в качестве энергетического ресурса начало привлекать внимание в середине 1970-х годов после первого нефтяной кризис. В 1974 г. несколько концептуальных проектов были представлены на семинаре Макартура по энергетике, а в 1976 г. Британская General Electric Co. провел частично финансируемое государством исследование, в результате которого был сделан вывод о том, что сила морских течений заслуживает более подробного исследования. Вскоре после этого ITD-Group в Великобритании реализовала исследовательскую программу, включающую годовые эксплуатационные испытания 3-метрового ротора HydroDarrieus, установленного на Джуба на Белый Нил.[нужна цитата ]

В 1980-е годы был реализован ряд небольших исследовательских проектов по оценке морских систем электроснабжения. Основными странами, в которых проводились исследования, были Великобритания, Канада и Япония. В 1992–1993 гг. В Обзоре энергии приливных потоков были определены конкретные участки в водах Великобритании с подходящей скоростью течения для выработки до 58 ТВт-ч / год. Он подтвердил, что общий морской ресурс энергии теоретически может удовлетворить около 19% потребности Великобритании в электроэнергии.[нужна цитата ]

В 1994–1995 гг. В рамках проекта EU-JOULE CENEX было выявлено более 100 европейских участков протяженностью от 2 до 200 км.2площади морского дна, многие с удельной мощностью более 10 МВт / км2Как правительство Великобритании, так и ЕС взяли на себя обязательства по заключению международных соглашений, направленных на борьбу с глобальным потеплением. Для соблюдения таких договоренностей потребуется увеличение крупномасштабной выработки электроэнергии из возобновляемых источников. Морские течения могут удовлетворить значительную часть будущих потребностей ЕС в электроэнергии.[3] Исследование 106 возможных площадок для установки приливных турбин в ЕС показало, что общий потенциал выработки электроэнергии составляет около 50 ТВтч / год. Если этот ресурс будет успешно использоваться, необходимая технология могла бы лечь в основу новой крупной отрасли по производству чистой энергии для 21 века.[6]

Современные приложения этих технологий можно найти здесь: Список приливных электростанций. Поскольку влияние приливов на океанические течения настолько велико, а их режимы течения достаточно надежны, многие установки по извлечению энергии океанских течений размещаются в районах с высокой скоростью приливных течений.[7]

Исследования мощности морского течения проводятся, в частности, в Уппсальском университете в Швеции, где была построена испытательная установка с турбиной типа Дарье с прямыми лопастями и размещена в реке Дал в Швеции.[8][9]

Экологические последствия

Океанские течения играют важную роль в определении климат во многих регионах мира. Пока мало что известно об эффектах удаления океанского течения. энергия, воздействие удаления текущей энергии на окружающую среду в дальней зоне может быть серьезной экологической проблемой. Типичный турбина проблемы с ударами лезвия, запутыванием морских организмов и акустическими эффектами все еще существуют; однако они могут быть увеличены из-за присутствия более разнообразных популяций морских организмов, использующих океанские течения для миграция целей. Местоположение может находиться дальше от берега, и поэтому требуются более длинные силовые кабели, которые могут влиять на морскую среду из-за электромагнитного выхода.[10]В База данных Тетис обеспечивает доступ к научной литературе и общей информации о потенциальном воздействии энергии океанских течений на окружающую среду.[11]

Смотрите также

  • Приливная сила - Технология преобразования энергии приливов в полезные формы энергии

Рекомендации

  1. ^ Бахадж, А. С. (14 января 2013 г.). «Преобразование морской энергии: начало новой эры в производстве электроэнергии». Философские труды Королевского общества A: математические, физические и инженерные науки. 371 (1985): 20120500. Bibcode:2013RSPTA.37120500B. Дои:10.1098 / rsta.2012.0500. ISSN  1364-503X. PMID  23319714.
  2. ^ Саад, Фуад (2016). Шок перехода энергии. Издательство Партридж, Сингапур. ISBN  9781482864953.
  3. ^ а б c d Ponta, F.L .; ВЕЧЕРА. Яковкис (апрель 2008 г.). «Выработка электроэнергии морского течения с помощью плавучих гидротурбин с диффузорным приводом». Возобновляемая энергия. 33 (4): 665–673. Дои:10.1016 / j.renene.2007.04.008.
  4. ^ Служба управления полезными ископаемыми Программа возобновляемых источников энергии и альтернативного использования Министерства внутренних дел США (май 2006 г.). "ТЕКУЩИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ ОКЕАНА НА ВНЕШНЕМ КОНТИНЕНТАЛЬНОМ ШЕЛЬФЕ США". Получено 29 мая, 2019.
  5. ^ Bahaj, A.S .; L.E. Майерс (ноябрь 2003 г.). «Основы, применимые к использованию судовых турбин для производства энергии» (Статья). Возобновляемая энергия. 28 (14): 2205–2211. Дои:10.1016 / S0960-1481 (03) 00103-4. Получено 2011-04-12.
  6. ^ Хэммонс, Томас (2011). Электроэнергетическая инфраструктура на мировом рынке. Совет директоров - Книги по запросу. ISBN  978-9533071558.
  7. ^ Энергия, команда толпы. «Сила морского течения». CrowdEnergy.org. Получено 2019-04-29.
  8. ^ Юань, Катарина; Лундин, Стаффан; Граббе, Мартен; Лаландер, Эмилия; Гуд, Андерс; Лейон, Матс (2011). «Проект Седерфорс: строительство экспериментальной гидрокинетической электростанции». 9-я Европейская конференция по волновой и приливной энергии, Саутгемптон, Великобритания, 5-9 сентября 2011 г..
  9. ^ Лундин, Стаффан; Форслунд, Йохан; Карпман, Николь; Граббе, Мартен; Юань, Катарина; Апельфрёйд, Сенад; Гуд, Андерс; Лейон, Матс (2013). «Проект Седерфорс: развертывание экспериментальной гидрокинетической электростанции и первые результаты». 10-я Европейская конференция по волновой и приливной энергии (EWTEC), 2-5 сентября 2013 г., Ольборг, Дания.
  10. ^ "Океаническое течение". Тетис. ПННЛ.
  11. ^ "Тетис". Архивировано из оригинал на 2015-11-05.